一種提升纖維增強復合材料耐堿性能的改性方法及纖維增強復合材料的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種提升纖維增強復合材料耐堿性能的改性方法及纖維增強復合材料，其中改性方法是將液體橡膠增韌劑在常溫常壓下通過均勻低速攪拌與環氧樹脂材料進行混合，以使增韌劑聚集成球狀顆粒體在樹脂基體構成的交聯網絡中形成分散相；固化后在環氧樹脂基體中引入微米級的防裂球狀顆粒體，形成增韌改性纖維增強復合材料；液體橡膠增韌劑是一種帶有環氧基、羥基、羧基等活性端基，并通過酯鍵或氨酯鍵將不同種類的鏈段聯結起來的聚合物的混合物。本發明方法可延緩或阻止堿性環境下環氧樹脂基體中微裂紋的產生與擴展，顯著降低堿性腐蝕介質在樹脂基體中的傳播速率，該改性方法成本低廉，適宜于在量大面廣的土木工程結構中進行推廣和應用。
【專利說明】-種提升纖維增強復合材料耐堿性能的改性方法及纖維增 強復合材料
【技術領域】
[0001] 本發明屬于±建交通基礎設施建設領域，涉及一種纖維增強復合材料的耐堿改性 方法。
【背景技術】
[0002] 與傳統建設材料鋼材相比，纖維增強復合材料（FR巧具有輕質、高強、耐久性好、 便捷施工等一系列優點，近年來FRP在±木工程領域得到了越來越多的關注和應用。混凝 ±結構是目前各類工程結構的最主要形式，當FRP應用于混凝±結構時，FRP將與混凝±直 接接觸，或外貼于混凝±結構表面，或內埋于混凝±結構內部，而混凝±的材料組成導致其 孔隙水具有較高的抑值，因此，應用于混凝±結構的FRP是長期處于堿性環境下工作的。 既有研究表明：碳纖維原絲及其增強復合材料（CFR巧具有良好的耐堿性能，在堿溶液的 作用下性能幾乎沒有退化；而玻璃纖維原絲的耐堿性相對較差，主要原因是堿性環境中的 OH-離子與玻璃纖維原絲會發生化學反應，破壞其中的Si-O鍵，進而導致玻璃纖維原絲的 強度顯著降低；對于玻璃纖維增強復合材料（GFRP)，雖然纖維表面有樹脂基體的保護，但 樹脂具有一定的吸水性，并且在腐蝕溶液作用下樹脂內部易產生微裂紋，從而水汽和堿性 腐蝕介質仍能夠到達纖維表面并對其進行腐蝕，導致GFRP力學性能顯著降低；玄武巖纖維 與玻璃纖維化學成分相近，玄武巖纖維及其增強復合材料炬FRP)同樣面臨著耐堿性能不 足的問題。為了提高GFRP和BFRP材料在混凝±結構中的適用性，有必要采取一定的措施 來改善BFRP和GFRP耐堿性能不足的問題。
【發明內容】
[0003] 針對上述現有技術存在的問題，本發明提供一種纖維增強復合材料的耐堿改性方 法，其技術方案是：
[0004] -種提升纖維增強復合材料耐堿性能的改性方法，其特征在于，將液體橡膠增初 劑在常溫常壓下通過均勻低速攬拌與環氧樹脂材料進行混合，W使增初劑聚集成球狀顆粒 體在樹脂基體構成的交聯網絡中形成分散相；固化后在環氧樹脂基體中引入微米級的防裂 球狀顆粒體，形成增初改性纖維增強復合材料；所述的液體橡膠增初劑是一種帶有環氧基、 輕基、駿基等活性端基，并通過醋鍵或氨醋鍵將不同種類的鏈段聯結起來的聚合物的混合 物。
[0005] 所述的液體橡膠增初劑的添加比例為環氧樹脂基體質量的5% -20%。
[0006] 所述的液體橡膠增初劑的添加比例為環氧樹脂基體質量的10%。
[0007] 所述的均勻低速攬拌速率是100?30化/min。
[0008] 在復合材料的環氧樹脂基體中慘入液體橡膠增初劑，使環氧樹脂基體中引入直徑 為0. 5?1. 0微米的防裂球狀顆粒體，形成改性纖維增強復合材料；所述的液體橡膠增初劑 是一種帶有環氧基、輕基、駿基等活性端基，并通過醋鍵或氨醋鍵將不同種類的鏈段聯結起 來的聚合物的混合物。
[0009] 所述的纖維增強復合材料為玄武巖纖維復合材料或玻璃纖維復合材料。
[0010] 所述的纖維增強復合材料的纖維體積含量為50-80%。
[0011] 本發明的優點在于：
[0012] 該種由液體橡膠增初劑聚集形成的球狀顆粒體，要求具有較高的抗裂性能并且與 樹脂基體材料之間具有優秀的相容交粘性能。該方法制作的改性FRP，可延緩和阻止堿性環 境下樹脂基體中微裂紋的產生與擴展，大幅度降低了堿性腐蝕介質在樹脂基體中的傳播速 率，從而有效提升改善了堿性環境下樹脂基體對纖維的保護作用。本發明簡單、經濟、實用， 可有效提升堿性環境下玄武巖纖維增強復合材料炬FR巧和玻璃纖維增強復合材料（GFRP) 的強度保留率，同時并不降低FRP材料本身的力學性能，從而有效提高BFRP和GFRP在±木 工程結構尤其是混凝±結構中的適用性。該改性方法成本低廉，適宜于在量大面廣的±木 工程結構中進行推廣和應用。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013] 圖1為堿性腐蝕作用后樹脂基體的微觀結構示意圖；
[0014] 圖2為環氧樹脂拉伸斷面的沈M圖片；
[001引圖3為增初環氧樹脂拉伸斷面的SEM圖片；
[0016] 圖4為堿性腐蝕作用后BFRP的拉伸強度保留率；
[0017] 圖5為堿性腐蝕作用后GFRP的拉伸強度保留率；
[001引圖6為堿性腐蝕作用后BFRP的質量增加率；
[0019] 圖7為堿性腐蝕作用后BFRP的質量增加率。
【具體實施方式】
[0020] -種纖維增強復合材料的耐堿改性方法，將一定比例的液體橡膠增初劑，在常溫 常壓下通過速率為100?30化/min的均勻低速攬拌與環氧樹脂材料進行混合，固化后在環 氧樹脂基體中引入微米級的防裂球狀顆粒體，形成增初改性纖維增強復合材料；所述的液 體橡膠增初劑是一種帶有環氧基、輕基、駿基等活性端基，并通過醋鍵或氨醋鍵將不同種類 的鏈段聯結起來的聚合物的混合物，液體橡膠增初劑的添加比例為環氧樹脂基體質量的 5% -20%，優選10%，W使增初劑聚集成球狀顆粒體在樹脂基體構成的交聯網絡中形成分 散相，使環氧樹脂基體中引入直徑為0. 5?1. 0微米的防裂球狀顆粒體，形成改性纖維增強 復合材料；所述的液體橡膠增初劑是一種帶有環氧基、輕基、駿基等活性端基，并通過醋鍵 或氨醋鍵將不同種類的鏈段聯結起來的聚合物的混合物。所述的纖維增強復合材料為玄武 巖纖維復合材料或玻璃纖維復合材料，纖維體積含量為50-80%。
[0021] 為了證實上述方法的有效性，本發明選取一種符合上述要求的液體橡膠增初劑， 其化學成分是一類帶有不同活性端基通過醋鍵或氨醋鍵將不同種類的鏈段聯結起來的聚 合物的混合物，其作用與傳統的環氧樹脂增初劑端駿基液體下晴橡膠（CTBN)類似，但成本 更低，適宜于量大面廣的±木工程結構物使用。添加合適劑量的增初劑后，增初劑將聚集成 球形顆粒在樹脂基體構成的交聯網絡中形成分散相。該液體橡膠增初劑的最佳添加比例為 環氧樹脂主劑質量的10%。
[0022] W下通過實驗方式，驗證本發明方法對提高玄武巖纖維增強復合材料炬FR巧和 玻璃纖維增強復合材料（GFR巧耐堿性能的有效性，并結合附圖對本發明做詳細說明。
[0023] 一、實驗材料與測試方法
[0024] 采用玄武巖纖維和E-玻璃纖維單向布作為增強材料，樹脂基體材料采用環氧樹 月旨，增初劑采用一種液體橡膠增初劑，其化學成分是一類帶有不同活性端基通過醋鍵或氨 醋鍵將不同種類的鏈段聯結起來的聚合物的混合物。實驗中增初劑的添加量為環氧主劑質 量的 0 %，5 %，10 %，15 %和 20 %，依據國標 GB/T-3354-1999 和 GB/T-2567-2008 對 FRP 和 環氧樹脂的拉伸性能進行測試，每組包括5個重復試件，所得結果的平均值列于表1。由表 1可知，液體橡膠增初劑的加入一定程度上降低了環氧樹脂基體的拉伸強度和彈性模量，極 限應變顯著增加，但并未顯著改變BFRP和GFRP的拉伸性能。
[0025] 表1常溫下FRP和樹脂材料的拉伸性能
[0026]
【權利要求】
1. 一種提升纖維增強復合材料耐堿性能的改性方法，其特征在于，將液體橡膠增韌劑 在常溫常壓下通過均勻低速攪拌與環氧樹脂材料進行混合，以使增韌劑聚集成球狀顆粒體 在樹脂基體構成的交聯網絡中形成分散相；固化后在環氧樹脂基體中引入微米級的防裂球 狀顆粒體，形成增韌改性纖維增強復合材料；所述的液體橡膠增韌劑是一種帶有環氧基、羥 基、羧基等活性端基，并通過酯鍵或氨酯鍵將不同種類的鏈段聯結起來的聚合物的混合物。
2. 如權利要求1所述提升纖維增強復合材料耐堿性能的改性方法，其特征在于：所述 的液體橡膠增韌劑的添加比例為環氧樹脂基體質量的5%-20%。
3. 如權利要求1所述提升纖維增強復合材料耐堿性能的改性方法，其特征在于：所述 的均勻低速攪拌速率是l〇(T300r/min。
4. 一種權利要求1所述改性方法得到纖維增強復合材料，其特征在于：在復合材料的 環氧樹脂基體中摻入液體橡膠增韌劑，使環氧樹脂基體中引入直徑為〇. 5?1. 0微米的防 裂球狀顆粒體，形成改性纖維增強復合材料；所述的液體橡膠增韌劑是一種帶有環氧基、羥 基、羧基等活性端基，并通過酯鍵或氨酯鍵將不同種類的鏈段聯結起來的聚合物的混合物。
5. 如權利要求4所述的纖維增強復合材料，其特征在于：所述的纖維增強復合材料為 玄武巖纖維復合材料或玻璃纖維復合材料。
6. 如權利要求5所述的纖維增強復合材料，其特征在于：所述的纖維增強復合材料的 纖維體積含量為40-80%。
【文檔編號】C08L13/00GK104356599SQ201410633115
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年11月11日 優先權日:2014年11月11日
【發明者】吳智深, 施嘉偉, 汪昕 申請人:東南大學